Puhdistamoliete

Question: Mikä on lietteen biologinen käsittely?


Puhdistamoliete on yhdyskuntien jätevedenpuhdistamoilla syntyvää jätevesilietettä joka muodostuu tulevan jäteveden kiintoaineesta ja puhdistusprosessissa kiintoainemuotoon saatetusta aineesta.
Liete ja lietteen käsittely ovat merkittävässä osassa jätevesien käsittelyprosessissa. Puhdistamolietettä muodostuu Suomessa kuiva-aineena laskettuna noin 150 000tonnia vuodessa[1]. Puhdistamoliete on orgaanista massaa, josta voidaan tuottaa energiaa mädättämällä tai polttamalla, ja jota voidaan edelleen hyödyntää esimerkiksi viherrakennuksessa tai lannoitetuotteena. Puhdistamoliete sisältää pääravinteita ja hivenaineita, jotka voidaan näin palauttaa kiertoon ja vastaavasti vähentää lannoitteiden käyttötarvetta. Puhdistamolietteen laatua tarkkaillaan sekä ravinnepitoisuuden osalta että sen sisältämien haitta-aineiden määrän rajoittamiseksi. Puhdistamolietteen sisältämien raskasmetallien ja muiden haitta-aineiden määrä riippuu ennen kaikkea puhdistamolle tulevan jäteveden laadusta.
Lietteen muodostuminen
Puhdistamolietettä muodostuu kunnallisessa jätevedenpuhdistuksessa. Mikäli puhdistamossa on esiselkeytin, sen pohjalle laskeutuu jätevedestä erottuvaa kiintoainetta eli raakalietettä. Biologisessa prosessissa bakteerimassa kasvaa käyttäen ravintonaan jäteveden sisältämää orgaanista ainetta. Tätä bakteerimassaa eli ylijäämälietettä poistetaan prosessista sen kasvua vastaava määrä. Raaka- ja ylijäämäliete voidaan käsitellä erikseen tai yhdessä (raaka)sekalietteenä. Jäteveden käsittelyssä syntyvä lietemäärä vastaa karkeasti ottaen puhdistamolle tullutta kiintoainemäärää.
Kiinteistöiltä kerätyt ja jätevedenpuhdistamolle viedyt sako- ja umpikaivolietteet päätyvät myös osaksi puhdistamolietettä, joko johdettuina tulevan jäteveden sekaan puhdistusprosessin alkuun tai suoraan lietteenkäsittelyyn.
Lietteen käsittely
Lietteen käsittelylle on useita syitä kuten lietemäärän pienentäminen, hajujen hallinta, energian tuottaminen tai lietteen stabilointi ja hygienisointi hyötykäytön mahdollistamiseksi. Puhdistamolietteen käsittelyssä on muun muassa seuraavia yksikköprosesseja: sakeutus, tiivistäminen, kuivaaminen, mädätys, kemialliset menetelmät, kompostointi ja poltto. Menetelmien käyttö vaihtelee puhdistamoittain. Suomen Vesilaitosyhdistyksen vuonna 2005 tekemän jäsenkyselyn perusteella kompostointi oli ylivoimaisesti yleisin lietteenkäsittelymenetelmä [2]. Vuoden 2011 lopussa 16 yhdyskuntajätevedenpuhdistamolla oli käytössä mädättämö ja jätevedenpuhdistamoilla tuotetun ja hyödynnetyn biokaasun määrä on kasvanyt selvästi 90-luvun puolivälin tilanteesta [3].
Sakeutus ja kuivaus
Sakeutuksen tai tiivistämisen ja kuivauksen tarkoituksena on lietemäärän pienentäminen ennen jatkokäsittelyä tai pois kuljetusta.
Sakeutus tapahtuu tyypillisesti laskeuttamalla, eli lietettä seisotetaan altaassa, kiintoaine laskeutuu pohjalle ja erottuva neste palautetaan jäteveden käsittelyprosessiin. Laskeuttamalla tapahtuvalla eli niin sanotulla gravitaatiosakeutuksella voidaan saavuttaa noin 2–10% kuiva-ainepitoisuus riippuen lietteen ominaisuuksista ja viipymästä. Sakeutus voidaan tehdä myös käyttäen vaahdotusta eli nostamalla kiintoaine pinnalle ilmakuplien avulla tai koneellisesti esimerkiksi lingolla.[4].
Lietteen kuivaus tapahtuu yleensä koneellisesti lingolla, ruuvikuivaimella tai suotonauhapuristimella ja kuivauksen jälkeen lietteen kiintoainepitoisuus on tyypillisesti noin 15–30%.
Sakeutus ja kuivaus eivät ole varsinaisia lietteen laatuun vaikuttavia käsittelymenetelmiä. Ne eivät vaikuta lietteen hygieenisyyteen eli taudinaiheuttajien määrään eivätkä ne stabiloi lietettä, vaan liete jatkaa hajoamistaan ja muodostaa runsaasti hajuja. Lietteen hyötykäyttö edellyttää jatkokäsittelyä.[5]
Biologinen käsittely
Liete voidaan käsitellä biologisesti joko aerobisesti eli kompostoimalla tai lahottamalla tai anaerobisesti eli mädättämällä. Biologinen käsittely voidaan suorittaa jätevedenpuhdistamolla tai liete voidaan kuljettaa muualle käsiteltäväksi.
Lahotuksessa johdetaan ilmaa sakeutettuun lietteeseen, kunnes orgaaninen aine on hajonnut riittävästi. Lahotus kuluttaa energiaa.
Kompostointia varten liete kuivataan ja lietteeseen lisätään tukiainetta kuten haketta tai turvetta, jotta sen kuiva-ainepitoisuus saadaan kompostoinnille sopivalle tasolle, hiili-typpisuhde edullisemmaksi ja komposti rakenteeltaan huokoisemmaksi eli paremmin ilmaa läpäiseväksi. Kompostointi voidaan suorittaa laitoskompostointina suljetussa tilassa tai avoaumoissa kentällä. Ilmansaannin varmistamiseksi kompostia käännellään tai siihen puhalletaan ilmaa. Liete voidaan kompostoida joko mädätyksen tai lahotuksen sijaan tai mädätyksen jälkeen. Kompostointi kuluttaa energiaa.
Liete voidaan käsitellä anaerobisesti eli mädättää, jolloin lietteestä saadaan biokaasua, josta voidaan tuottaa sähköenergiaa ja lämpöä. Ennen mädätystä liete sakeutetaan tai tiivistetään ja mädätyksen jälkeen liete yleensä kuivataan. Kuivattu liete voidaan edelleen kompostoida. Mädätyksessä 20–50% lietteen kiintoainemäärästä hajoaa[6], eli mädätys pienentää loppusijoitettavan lietteen määrää. Mädätys voidaan suorittaa myös yhdessä muun orgaanisen jätteen kanssa.
Mädätysprosessit jaotellaan lämpötilan mukaan mesofiiliseen (3537°C) ja termofiiliseen (5055°C) mädätykseen. Näistä mesofiilinen mädätys on Suomessa merkittävästi yleisempi puhdistamolietteen käsittelymenetelmä. [6]
Puhdistamolietteen mädätyksessä saadaan biokaasua, josta tyypillisesti yli 60% on metaania [4]. Biokaasu voidaan polttaa lämpövoimalaitoksessa tai siitä voidaan tehdä sähkö- ja lämpöenergiaa kaasumoottorilla. Biokaasua voidaan hyödyntää myös biopolttoaineena kuten ajoneuvopolttoaineena [7].
Biologisena käsittelynä tunnetaan myös vanhentaminen, joka tarkoittaa lietteen pitkäaikaista, eli useita vuosia kestävää varastointia.
Biologinen käsittely stabiloi lietettä, mikä tarkoittaa että biologiset hajoamisprosessit viedään niin pitkälle, että käsittelyn jälkeen hajoaminen ja hajujen muodostuminen on hidasta. Stabiloitumisnopeus vaihtelee menetelmän ja käsittelylämpötilan mukaan. Biologiset käsittelyt myös hygienisoivat lietettä käsittelyn kestosta ja lämpötilasta riippuen. Esimerkiksi termofiilinen mädätys on yleensä itsessään riittävä hygienisointiprosessi [6]. Tarvittaessa hygienisointi voidaan suorittaa erikseen.
Muita käsittelyjä
Termisessä hydrolyysissä liete kuumennetaan korkeassa paineessa, jolloin taudinaiheuttajat kuolevat ja orgaaninen aines pilkkoutuu. Termistä hydrolyysiä käytetään mädätystä tehostavana esikäsittelynä[6].
Lietteen kalkkistabilointi tapahtuu sekoittamalla lietteeseen joko sammutettua tai poltettua kalkkia (Ca(OH)2 tai CaO), jolloin lietteen pH, lämpötila (vain poltetulla kalkilla) ja ammoniakkipitoisuus nousevat. Yhdessä nämä tekijät johtavat lietteen hygienisoitumiseen, jonka edellyttämä vaikutusaika riippuu käytetystä kalkista ja sen annoksesta. Lietteen stabilointi ja hygienisointi voidaan suorittaa myös yhdistämällä happo ja hapetin, joilla lietteen sisältämät solut hajotetaan eli hydrolysoidaan kemiallisesti.
Termisessä kuivauksessa liete kuivataan korkeassa lämpötilassa siten että taudinaiheuttajat kuolevat. Lopputuotteena ovat esimerkiksi kuivat pelletit, jotka soveltuvat maanparannusaineeksi tai polttoon. Lietteen poltossa lietteestä saadaan energiaa ja jatkosijoitettavan lietteen kokonaismäärä pienenee merkittävästi. Toisaalta tuhkaan jäävät kaikki lietteen sisältämät raskasmetallit. Polton energiataloudellisuus riippuu paljolti sitä edeltävän kuivauksen toteuttamisesta[6].
Jätevesilietteen hyödyntäminen
Jätevesiliete on orgaanista ainetta, jota voidaan hyödyntää energian lähteenä ja materiaalina kuten lannoitteena tai maanparannusaineena. Jätevesiliete sisältää sekä pääravinteita eli typpeä ja fosforia että kasvien kasvulle tärkeitä hivenaineita kuten kaliumia, kalsiumia ja magnesiumia. Lietteen loppusijoitus kaatopaikalle on vähentynyt voimakkaasti[1]. Euroopan unionin kaatopaikkadirektiivi vaatii, että vuodesta 2016 lähtien kaatopaikalle vietävä sekajäte saa sisältää korkeintaan kymmeneksen biohajoavaa jätettä kun nykyään sitä saa olla puolet.[8]
Lietteestä voidaan tuottaa energiaa mädättämällä tai polttamalla. Energiakäytön osuus on pieni[6], mutta biokaasun tuotto ja hyödyntäminen ovat kasvussa[3]. Mädätyksen jälkeen liete on käytettävissä tai tarvittaessa edelleen jatkojalostettavissa lannoitevalmisteeksi. Jätevesilietteen poltossa syntyvä tuhka ei kelpaa lannoitevalmisteeksi[9].
Useat suuret jätevedenpuhdistamot, kuten Helsingin Viikinmäen jätevedenpuhdistamo, Espoon Suomenojan jätevedenpuhdistamo ja Riihimäen jätevedenpuhdistamot mädättävät lietteensä. Osa puhdistamoista, kuten Turun Kakolanmäen jätevedenpuhdistamo ja Porvoon Hermanninsaaren jätevedenpuhdistamo toimittavat lietteensä ulkopuolisille biokaasulaitoksille.
Lietteen polton yleisyys Euroopassa vaihtelee[10]. Suomessa yhdyskuntajätevedenpuhdistamoiden lietettä ei juurikaan polteta[2]. Lietteen mädätyksen ja polton energiatehokkuutta on vertailtu Suomen ympäristökeskuksen ”TERMOS-Energiatehokas lietteenkäsittely” tutkimushankkeessa[6].
Lietteen käyttö lannoitteena tai maanparannusaineena edellyttää sen stabilointia ja hygienisointia eli käsittelyä siten, että hajoaminen ja hajujen muodostuminen hidastuvat voimakkaasti ja taudinaiheuttajat kuolevat. Lietteen sisältämät, jätevedestä peräisin olevat haitta-aineet voivat rajoittaa jatkokäyttömahdollisuuksia.
Puhdistamolietteen maatalouskäyttö on tarkasti säänneltyä Suomessa ja muualla Euroopassa[10]. Lietteen käsittelylaitoksille tehdyn kyselyn mukaan maatalouskäytön osuus oli Suomessa vuonna 2016 jo 40 %[11]. Noin 50 % lietteestä hyödynnettiin viherrakentamisessa. Maisemoinnin ja varastoinnin osuudet olivat alle 10 %. Puhdistamolietteiden peltolevityksessä on kuitenkin etuja sekä viljelijän että ympäristönsuojelun näkökulmasta[12].
Puhdistamolietteen laatu ja sen valvonta
Lietteen raskasmetallipitoisuudet ja käytännössä myös muiden haitta-aineiden pitoisuudet riippuvat pääasiassa jätevedenpuhdistamolle tulevan jäteveden laadusta. Haitta-aineiden lähteinä ovat sekä kotitaloudet[13] että teollisuus[14]. Haitta-aineiden määriin voidaan vaikuttaa lähinnä rajoittamalla niiden viemäröintiä määräyksin, sopimuksin ja ohjein.
Lietteiden raskasmetallipitoisuuksia on seurattu Suomessa pitkään ja ne ovat laskeneet merkittävästi aikaisempien vuosikymmenten tasosta[1]. Orgaanisten haitta-aineiden tutkimus on uudempaa, mutta tutkimuksia on tehty ja tekeillä runsaasti[10].
Lietteen sisältämien tautia aiheuttavien bakteerien ja virusten määrä riippuu lietteen käsittelystä, sillä tuleva yhdyskuntajätevesi sisältää aina runsaasti ulosteperäisiä bakteereja ja viruksia.
Lietteen laadunvalvontaa ohjaa sen käyttötarkoitus, mutta tietyt seurantavelvoitteet koskevat kaikkia lietteen tuottajia. Suomen valtioneuvoston asetuksen jätteistä (179/2012) liitteen 5 mukaan jokaisen yhdyskuntajätevesilietteen tuottajan on suoritettava riittävät lietetutkimukset. Analysointitiheydet riippuvat puhdistamon koosta ja siitä, toimitetaanko lietettä maanviljelyskäyttöön. Asetuksessa määrätään vähintään tutkittavat aineet, joita ovat typpi, fosfori, kadmium, kromi, kupari, nikkeli, lyijy, sinkki ja elohopea. Lisäksi asetuksessa määrätään valvontaviranomaisille toimitettavista tiedoista. [15]
Jätevesilietteen muualla kuin suljetulla alueella (esimerkiksi kaatopaikan maisemointi) tapahtuvan käytön edellytyksistä määrätään maa- ja metsätalousministeriön lannoitevalmisteasetuksissa, joissa on määritelty muun muassa suurimmat sallitut raskasmetallipitoisuudet ja hygieeniset laatukriteerit[9][16]. Maanparannusaineiden valmistajalla on oltava Elintarviketurvallisuusvirasto Eviran laitoshyväksyntä, jonka saaminen edellyttää toiminnanharjoittajaa, käsittelyprosesseja ja lopputuotteen laatua koskevien vaatimusten täyttymistä[17]. Evira ylläpitää luetteloa hyväksytyistä laitoksista ja lannoitevalmisteiden tyyppinimistä. Lietepohjaiset lannoitevalmisteet kuuluvat ryhmään maanparannusaineet.
Jätevesilietteen maatalouskäytön helpottamiseksi on laadittu useita lietteen tuottajille ja käyttäjille suunnattuja oppaita, joissa käydään läpi muun muassa lainsäädännön vaatimuksia ja peltolevitysmäärien laskemista.
Katso myös
Vesihuolto
Lähteet

Aiheesta muualla

Luokka:Lannoitteet
Luokka:Biopolttoaineet
Luokka:Jätevesihuolto